電気工事2種で、力率のもっとも良い電気機械器具はという問の、選択肢の中で、電気トースターが正解だったのですが。

Question

電気工事2種で、力率のもっとも良い電気機械器具はという問の、選択肢の中で、電気トースターが正解だったのですが。他は、電気洗濯機、電気冷蔵庫、電球形LEDランプよりも力率がいい理由を教えてください。

Answer 1

j_13579_kさんが答えてくれいますが、少し訂正を。

まず第2種電気工事士の学科でも勉強しなくちゃ大変ですよね。

答えが分かっても、なぜそうなるのか？
と疑問に思う事は非常に良いことです。
立派な電気工事士や職長になることでしょう。

さて力率ですが、力率はマックスは1です。
そして単位はありません。
力率=cosθ=有効電力÷皮相電力

電力の分野では
有効電力[W:ワット]
無効電力[Var:バール]
皮相電力[VA:ボルトアンペア]
があります。

皮相電力は単位を見て分かる様に電圧と電流の積です。言い換えれば電源から供給される電力です。

有効電力は、負荷が消費する電力です。
無効電力は、負荷が消費しない電力です。

例としては、抵抗器だけの回路は抵抗器で全ての電力が消費されるので、有効電力=皮相電力となります。(力率が1を意味する)
そこに、コイルのインダクタンスjωLやキャパシタ(:コンデンサ)のキャパシタンス-j1/ωCが入れば、無効電力が発生します。

そして力率(=cosθ)とは
皮相電力に対しての有効電力のことです。添付写真のベクトル図を参照。
要は、電源が供給する電力に対して、回路でどれだけ電気を消費しましたかー？
を表すものです。

そこで、先程言いました回路が抵抗器だけの場合は無条件で力率はマックスの1です。(一番効率が良い状態)

よって今回は抵抗器がメインである、電気トースタが力率が最も良いことになります。

電気トースタや抵抗型電気コンロはサブで保護回路はあるものの、メイン回路が抵抗器ですので力率は高くほぼ1になります。ちなみに力率が1を超える事は有りません。

洗濯機や冷蔵庫はモーターやポンプがある為コイル成分が大きく力率は0.85程度、LED電球は内部にコンバータ回路(AC/DC変換)がある為力率は0.9程度となります。

洗濯機や冷蔵庫等機器には大概力率が表示されていますので一度見てみるのも面白いかもしれません。

P.S.
電気機器のほとんどが抵抗とコイル成分で出来ている為、電圧よりも電流が遅れている遅れ力率となります。
電力会社は有効電力を電気料金として請求してきます。
工場など無効電力が多く発生する場合は、力率改善として電力用コンデンサなどを入れて力率改善を行います。
力率が基準値以下になると、逆にお金を多く請求されます。

電力会社でも、電力用コンデンサや力率改善リアクトルナを入れて力率の調整を行っております。

Answer 2

昔ながらの電球とヒーターを使用した物のみが、
力率１００％。
要は、金属に電気を流すことにより
発生する光や熱を利用するもの。

もっと簡単に言えば、
抵抗しかないもの。

Answer 3

２種電工レベルであれば、力率100かそれ以外かの区別が出来れば十分かと思います。

力率が100以下になる物で代表的な物は、
モータ、蛍光灯、電子機器（スマホの充電器でもパソコンでも電子レンジでも）
等が目安になります。

力率が100の物で代表的な物は、
白熱電球（含むハロゲン電球）、電熱線（ヒータ）
等が目安になります。

貴方がたまたま出会った問題の選択肢の洗濯機や冷蔵庫はモータを使った電気製品、トースタはヒータを使った電気製品です。
尚、電球型LEDランプは電子機器扱いになるので、前者になります。

昔ですと、電気釜やホットプレート等もヒータを使った製品でしたが、最近ではIH加熱が出て来たため、力率は下がってしまったのと、市場に製品が混在している事から設問の選択肢としては多分登場しない筈です。
厳密にはトースタにも一部電子回路を搭載した物はありますが、主回路に対して十分に小さな消費電力である為、力率を低下させる要因としてはごくわずかであると考えられますので、無視して構いません。
一応設問でも工夫して、「力率のもっとも良い」という100に限定しない書き方になって居る辺りがミソと言えます。

質問に対する答えとしても、トースタは主回路にモータ等を使用していない為、力率が高いと言えます。